(57)【要約】【課題】広い周波数帯域にわたって動作可能なマイクロ波分配回路および可変帯域通過フィルタを提供する。【解決手段】入力端子に入力されたマイクロ波信号を複数の信号に分配して、通過端子および結合端子から出力するマイクロ波分配回路であって、並行に配置された２本の伝送線路１からなる結合線路２と、２本の伝送線路１の各々の両端を、それぞれグランドに接続する複数の接地用可変コンデンサ３と、マイクロ波信号の使用周波数が低下または上昇した場合に、入力端子から通過端子への通過量と入力端子から結合端子への結合量との差が、使用周波数において最も小さくなるように接地用可変コンデンサ３容量を設定する制御手段とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子に入力されたマイクロ波信号を複数の信号に分配して、通過端子および結合端子から出力するマイクロ波分配回路であって、
並行に配置された２本の伝送線路からなる結合線路と、
前記２本の伝送線路の各々の両端を、それぞれグランドに接続する複数の接地用可変コンデンサと、
前記マイクロ波信号の使用周波数が低下または上昇した場合に、前記入力端子から前記通過端子への通過量と前記入力端子から前記結合端子への結合量との差が、前記使用周波数において最も小さくなるように前記接地用可変コンデンサの容量を設定する制御手段と、
を備えたことを特徴とするマイクロ波分配回路。
【請求項２】
前記２本の伝送線路を互いに接続する線路間可変コンデンサをさらに備え、
前記制御手段は、前記通過量と前記結合量との差が最も小さくなるように前記線路間可変コンデンサの容量を設定することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波分配回路。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のマイクロ波分配回路と、
前記通過端子および前記結合端子にそれぞれ接続された２つの可変帯域阻止フィルタと、を備え、
前記制御手段は、前記使用周波数を前記２つの可変帯域阻止フィルタの阻止周波数に設定することを特徴とする可変帯域通過フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波帯で使用されるマイクロ波分配回路および可変帯域通過フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のマイクロ波分配回路は、２本の並行結合線路からなり、結合線路の中央部に固定容量のコンデンサが付加されるとともに、結合線路の４つの入出力端子（入力端子、通過端子、結合端子およびアイソレーション端子）からアースに対して固定容量のコンデンサが付加されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この分配回路において、入力端子に入力されたマイクロ波信号は、通過端子および結合端子から出力され、アイソレーション端子からは出力されない。
ここで、結合線路の中央部に付加されたコンデンサは、結合線路の結合度を向上させるために用いられている。また、入出力端子からアースに対して付加されたコンデンサは、インピーダンス整合をとって反射損失を低減するとともに、線路長を短縮するために用いられている。
【０００４】
続いて、図面を参照しながら、従来の可変帯域通過フィルタについて説明する。
図６は、従来の可変帯域通過フィルタを示す回路図である。
図６において、可変帯域通過フィルタは、３ｄＢの分配比を実現する分配回路５１と、分配回路５１の通過端子および結合端子にそれぞれ一端が接続され、阻止周波数Ｆ０を可変可能な２つの可変帯域阻止フィルタ（ＢＲＦ）５２と、可変帯域阻止フィルタ５２の他端をそれぞれ終端する終端抵抗５３とから構成されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
分配回路５１のポート１に入力された周波数Ｆ０のマイクロ波信号は、互いに９０度の位相差をもった同振幅の信号として、通過端子および結合端子からそれぞれ出力される。通過端子および結合端子から出力された信号は、それぞれ可変帯域阻止フィルタ５２に入射されるが、阻止周波数であるために反射されて、分配回路５１の通過端子および結合端子に再入力される。通過端子に再入力された信号と結合端子に再入力された信号とは、ポート１では互いに逆相となって打ち消しあうが、ポート２では互いに同相となるので、周波数Ｆ０の信号は、全てポート２から出力される。
【０００６】
なお、分配回路５１のポート１に入力された周波数Ｆｐ（Ｆｐ≠Ｆ０）のマイクロ波信号は、通過端子および結合端子からそれぞれ出力されて可変帯域阻止フィルタ５２に入射され、可変帯域阻止フィルタ５２を通過して終端抵抗５３で消費される。そのため、周波数Ｆｐの信号は、ポート１およびポート２の何れからも出力されない。
ここで、可変帯域阻止フィルタ５２の阻止周波数Ｆ０を変化させることにより、ポート１からポート２への通過周波数を変化させることができる。
【０００７】
一般的に、集中定数型の可変帯域通過フィルタに使用される可変素子（例えば、半導体ダイオード、ＲＦ−ＭＥＭＳコンデンサ、ＲＦ−ＭＥＭＳスイッチ等）は、オン時の等価抵抗が１オーム前後である。また、集中定数型の可変帯域通過フィルタの通過損失は、全ての共振器の通過損失の積となるので、非常に大きな値になる。
これに対して、可変帯域阻止フィルタの反射損失は、初段の共振器での反射損失が支配的なので、比較的小さな値になる。
図６に示した従来の可変帯域通過フィルタは、可変帯域阻止フィルタの特性を可変帯域通過フィルタの特性に変換しているので、集中定数型の可変帯域通過フィルタと比較して、通過損失を低減することができる。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−６７９０４号公報
【非特許文献１】Ｔａｍｏｔｓｕ  Ｎｉｓｈｉｎｏ  ｅｔ．ａｌ．“Ｃ−Ｋｕ  Ｂａｎｄ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ−ｔｙｐｅ  ＲＦ−ＭＥＭＳ  Ｔｕｎａｂｌｅ  ＢＰＦ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ３７ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２００７，ｐｐ．１３０−１３３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来技術には、次のような問題点があった。
従来のマイクロ波分配回路は、コンデンサが固定容量なので、動作可能な周波数帯域が狭い範囲に限定されるという問題点があった。すなわち、使用するマイクロ波信号の周波数がこの周波数帯域を外れると、分配回路は正常に動作しなくなる。この周波数帯域は、比帯域としておおむね６０％程度である。
【００１０】
また、従来の可変帯域通過フィルタは、集中定数型の可変帯域通過フィルタと比較して、通過損失を低減することができるものの、分配回路を用いて構成されているので、動作可能な周波数帯域が、分配回路の動作可能な周波数帯域に対応した狭い範囲に限定されるという問題点があった。なお、従来の可変帯域通過フィルタにおいて動作可能な周波数帯域を拡大するためには、分配回路の周波数特性をより広帯域なものにする必要がある。
【００１１】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、広い周波数帯域にわたって動作可能なマイクロ波分配回路および可変帯域通過フィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係るマイクロ波分配回路は、入力端子に入力されたマイクロ波信号を複数の信号に分配して、通過端子および結合端子から出力するマイクロ波分配回路であって、並行に配置された２本の伝送線路からなる結合線路と、２本の伝送線路の各々の両端を、それぞれグランドに接続する複数の接地用可変コンデンサと、マイクロ波信号の使用周波数が低下または上昇した場合に、入力端子から通過端子への通過量と入力端子から結合端子への結合量との差が、使用周波数において最も小さくなるように接地用可変コンデンサの容量を設定する制御手段とを備えたものである。
【００１３】
また、この発明に係る可変帯域通過フィルタは、上記記載のマイクロ波分配回路と、通過端子および結合端子にそれぞれ接続された２つの可変帯域阻止フィルタとを備え、制御手段は、使用周波数を２つの可変帯域阻止フィルタの阻止周波数に設定するものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明のマイクロ波分配回路によれば、２本の伝送線路の各々の両端には、それぞれ接地用可変コンデンサが接続され、制御手段は、マイクロ波信号の使用周波数が低下または上昇した場合に、入力端子から通過端子への通過量と入力端子から結合端子への結合量との差が、使用周波数において最も小さくなるように接地用可変コンデンサの容量を設定する。
また、この発明の可変帯域阻止フィルタによれば、上記記載のマイクロ波分配回路の通過端子および結合端子には、それぞれ可変帯域阻止フィルタが接続され、制御手段は、マイクロ波信号の使用周波数を可変帯域阻止フィルタの阻止周波数に設定する。
そのため、広い周波数帯域にわたって動作可能なマイクロ波分配回路および可変帯域通過フィルタを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るマイクロ波分配回路を示す回路図である。
図１のマイクロ波分配回路は、入力されたマイクロ波信号を２つの信号に分配して出力する回路であり、３ｄＢの分配比を実現する。
【００１７】
図１において、並行に配置された２本の伝送線路１から結合線路２が構成されている。結合線路２は、周波数Ｆ０（例えば１ＧＨｚ）のマイクロ波信号に対して、電気長がλ／４になるように構成されている。また、結合線路２の端部には、それぞれ入力端子Ｐ１、通過端子Ｐ２、結合端子Ｐ３およびアイソレーション端子Ｐ４が形成されている。
また、結合線路２には、２本の伝送線路１の各々の両端をそれぞれグランドに接続する４つの接地用可変コンデンサ３が設けられている。また、結合線路２には、２本の伝送線路１を互いに接続する線路間可変コンデンサ４が設けられている。
【００１８】
ここで、接地用可変コンデンサ３および線路間可変コンデンサ４の容量は、制御手段（図示せず）によって制御される。制御手段は、マイクロ波信号の使用周波数が低下または上昇した場合に、入力端子Ｐ１から通過端子Ｐ２への通過量と入力端子Ｐ１から結合端子Ｐ３への結合量との差が、使用周波数において最も小さくなるように接地用可変コンデンサ３の容量を設定する。また、制御手段は、入力端子Ｐ１から通過端子Ｐ２への通過量と入力端子Ｐ１から結合端子Ｐ３への結合量との差が最も小さくなるように、線路間可変コンデンサ４の容量を設定する。
【００１９】
なお、マイクロ波信号の使用周波数は、制御手段が監視してもよいし、外部で監視してもよい。また、制御手段は、接地用可変コンデンサ３および線路間可変コンデンサ４の容量を切り替えるスイッチ等であってもよい。
このマイクロ波分配回路において、入力端子Ｐ１に入力されたマイクロ波信号は、２つの信号に分配されて、通過端子Ｐ２および結合端子Ｐ３からそれぞれ出力される。
【００２０】
一般的に、入出力インピーダンスが５０オームの場合、結合線路２のみで３ｄＢのマイクロ波分配回路を得るためには、結合線路２の偶モードインピーダンスをおよそ１２２オームとし、奇モードインピーダンスをおよそ２０オームとする必要がある。しかしながら、マイクロストリップ線路やコプレーナ線路のように、基板上に伝送線路を並べ、伝送線路どうしを結合させる場合には、互いの伝送線路間の結合を十分にとることができない。そこで、結合線路２の結合度を向上させるために、上記特許文献１で示したように、２本の伝送線路１を互いに接続する線路間可変コンデンサ４が必要となる。なお、結合線路２の結合度が十分に確保されている場合には、線路間可変コンデンサ４を用いないか、または固定容量のコンデンサとしてもよい。
また、接地用可変コンデンサ３および線路間可変コンデンサ４の最大容量は、使用周波数の周波数帯域に基づいて設定される。
【００２１】
以下、図２を参照しながら、図１のマイクロ波分配回路の機能について説明する。
図２は、図１に示したマイクロ波分配回路における周波数と、入力端子Ｐ１から通過端子Ｐ２への通過量および入力端子Ｐ１から結合端子Ｐ３への通過量との関係を示すグラフである。
【００２２】
まず、結合線路２の偶モードインピーダンスを９０オーム、奇モードインピーダンスを２７．８オームとし、線路間可変コンデンサ４の容量を４．５ｐＦとした場合の、周波数Ｆ０のマイクロ波信号に対する入力端子Ｐ１から通過端子Ｐ２への通過量を、カーブ１１に示す。また、同じ条件における入力端子Ｐ１から結合端子Ｐ３への結合量を、カーブ１２に示す。
カーブ１１およびカーブ１２より、このマイクロ波分配回路が３ｄＢの分配比を実現していることが分かる。
なお、線路間可変コンデンサ４の容量である４．５ｐＦは、周波数Ｆ０のマイクロ波信号に対して、通過量と結合量との差が最も小さくなるように設定された容量である。
【００２３】
次に、マイクロ波信号の使用周波数をＦ１に下げるために、制御手段は、接地用可変コンデンサ３の容量を０ｐＦから１ｐＦに増大させる。接地用可変コンデンサ３の容量を増大させた場合の、周波数Ｆ１のマイクロ波信号に対する入力端子Ｐ１から通過端子Ｐ２への通過量を、カーブ１３に示す。また、同じ条件における入力端子Ｐ１から結合端子Ｐ３への結合量を、カーブ１４に示す。
カーブ１３およびカーブ１４より、周波数特性を変化させると、通過量および結合量の振幅が変化し、等しい値にならないことが分かる。このことは、線路間可変コンデンサ４が設けられている場合により顕著になる。
なお、接地用可変コンデンサ３の容量である１ｐＦは、周波数Ｆ１において通過量と結合量との差が最も小さくなるように設定された容量である。
【００２４】
続いて、使用周波数をＦ１における通過量と結合量との振幅を等しくするために、制御手段は、線路間可変コンデンサ４の容量を４．５ｐＦから２４ｐＦに増大させる。線路間可変コンデンサ４の容量を増大させた場合の、周波数Ｆ１のマイクロ波信号に対する入力端子Ｐ１から通過端子Ｐ２への通過量を、カーブ１５に示す。また、同じ条件における入力端子Ｐ１から結合端子Ｐ３への結合量を、カーブ１６に示す。
カーブ１５およびカーブ１６より、周波数Ｆ１のマイクロ波信号について、通過量と結合量との振幅が互いに等しくなっていることが分かる。
なお、線路間可変コンデンサ４の容量である２４ｐＦは、周波数Ｆ１のマイクロ波信号に対して、通過量と結合量との差が最も小さくなるように設定された容量である。
【００２５】
この発明の実施の形態１に係るマイクロ波分配回路によれば、制御手段は、マイクロ波信号の使用周波数が低下または上昇した場合に、入力端子から通過端子への通過量と入力端子から結合端子への結合量との差が、使用周波数において最も小さくなるように接地用可変コンデンサの容量を設定する。また、制御手段は、入力端子から通過端子への通過量と入力端子から結合端子への結合量との差が最も小さくなるように、線路間可変コンデンサの容量を設定する。
これにより、マイクロ波分配回路の通過量と結合量とが互いに等しくなる周波数を変化させることができる。
そのため、広い周波数帯域にわたって動作可能なマイクロ波分配回路を得ることができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態１では、通過量と結合量とを互いに等しくする場合について説明したが、これに限定されず、使用周波数に応じて接地用可変コンデンサ３および線路間可変コンデンサ４の容量を調整することにより、通過量と結合量とを所望の分配比にすることができる。
また、線路間可変コンデンサ４は１つでなくてもよく、また、各伝送線路１における接地用可変コンデンサ３も２つでなくてもよい。
【００２７】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る可変帯域通過フィルタを示す回路図である。
図３の可変帯域通過フィルタは、マイクロ波分配回路と可変帯域阻止フィルタとを組み合わせて構成されている。
【００２８】
図３において、マイクロ波分配回路は、図１に示したものと同様の構成なので、説明を省略する。
マイクロ波分配回路の通過端子Ｐ２には、阻止周波数を可変可能な可変帯域阻止フィルタ（ＢＲＦ）２１の一端が接続されている。また、可変帯域阻止フィルタ２１の他端は、終端抵抗２２によって終端されている。また、マイクロ波分配回路の結合端子Ｐ３には、阻止周波数を可変可能な可変帯域阻止フィルタ２３の一端が接続されている。また、可変帯域阻止フィルタ２３の他端は、終端抵抗２４によって終端されている。
【００２９】
なお、この可変帯域通過フィルタにおいて、アイソレーション端子Ｐ４は、出力端子として機能する。
ここで、可変帯域阻止フィルタ２１、２３の阻止周波数は、制御手段によって制御される。制御手段は、上記実施の形態１で示したように、マイクロ波信号の使用周波数が低下または上昇した場合に、通過量と結合量との差が、使用周波数において最も小さくなるように接地用可変コンデンサ３の容量を設定し、通過量と結合量との差が最も小さくなるように、線路間可変コンデンサ４の容量を設定する。さらに、制御手段は、マイクロ波信号の使用周波数を可変帯域阻止フィルタ２１、２３の阻止周波数に設定する。
【００３０】
この可変帯域通過フィルタにおいて、入力端子Ｐ１に入力されたマイクロ波信号は、２つの信号に分配されて通過端子Ｐ２および結合端子Ｐ３からそれぞれ出力される。通過端子Ｐ２および結合端子Ｐ３から出力された信号が可変帯域阻止フィルタ２１、２３の阻止周波数である場合、信号は反射されて通過端子Ｐ２および結合端子Ｐ３に再入力され、アイソレーション端子Ｐ４から出力される。また、通過端子Ｐ２および結合端子Ｐ３から出力された信号が可変帯域阻止フィルタ２１、２３の阻止周波数でない場合、信号は可変帯域阻止フィルタ２１、２３を通過して終端抵抗２２、２４でそれぞれ消費される。
【００３１】
以下、図４および図５を参照しながら、図３の可変帯域通過フィルタの機能について説明する。
図４は、図３に示した可変帯域通過フィルタにおける周波数と、可変帯域阻止フィルタ２１、２３の反射特性および可変帯域通過フィルタの入力端子Ｐ１から出力端子Ｐ４への通過量とを示すグラフである。また、図５は、図３に示した可変帯域通過フィルタにおいて、マイクロ波分配回路の使用周波数をＦ０に固定した場合の、周波数と入力端子Ｐ１から出力端子Ｐ４への通過量とを示すグラフである。
【００３２】
まず、マイクロ波信号の使用周波数がＦ０である場合の、可変帯域阻止フィルタ２１、２３の反射特性を図４のカーブ３１に示す。また、マイクロ波信号の使用周波数がＦ１である場合の、可変帯域阻止フィルタ２１、２３の反射特性を図４のカーブ３２に示す。
カーブ３１およびカーブ３２より、制御手段がマイクロ波信号の使用周波数を可変帯域阻止フィルタ２１、２３の阻止周波数に設定することにより、周波数Ｆ０または周波数Ｆ１において、大きな反射量が得られることが分かる。
【００３３】
次に、マイクロ波分配回路の使用周波数をＦ０に固定し、可変帯域阻止フィルタ２１、２３の阻止周波数をＦ０とした場合の、周波数Ｆ０のマイクロ波信号に対する入力端子Ｐ１から出力端子Ｐ４への通過量を、図５のカーブ３５に示す。また、マイクロ波分配回路の使用周波数をＦ０に固定し、可変帯域阻止フィルタ２１、２３の阻止周波数をＦ１とした場合の、周波数Ｆ１のマイクロ波信号に対する入力端子Ｐ１から出力端子Ｐ４への通過量を、図５のカーブ３６に示す。
【００３４】
カーブ３５およびカーブ３６より、マイクロ波分配回路の使用周波数をＦ０に固定した場合、周波数Ｆ１のマイクロ波信号に対する入力端子Ｐ１から出力端子Ｐ４への通過量が劣化していることが分かる。
このことは、使用周波数をＦ０に固定したマイクロ波分配回路では、周波数Ｆ１において振幅分配比が不等であるために、可変帯域阻止フィルタ２１、２３で反射された信号の一部が出力端子Ｐ４で合成されず、入力端子Ｐ１に戻ったためである。
【００３５】
続いて、マイクロ波分配回路の使用周波数をＦ０とし、可変帯域阻止フィルタ２１、２３の阻止周波数をＦ０とした場合の、周波数Ｆ０のマイクロ波信号に対する入力端子Ｐ１から出力端子Ｐ４への通過量を、図４のカーブ３３に示す。また、マイクロ波分配回路の使用周波数をＦ１とし、可変帯域阻止フィルタ２１、２３の阻止周波数をＦ１とした場合の、周波数Ｆ１のマイクロ波信号に対する入力端子Ｐ１から出力端子Ｐ４への通過量を、図４のカーブ３４に示す。
【００３６】
カーブ３３〜カーブ３６より、制御手段が、通過量と結合量との差に応じて接地用可変コンデンサ３および線路間可変コンデンサ４の容量を設定することによって、周波数Ｆ１のマイクロ波信号に対する入力端子Ｐ１から出力端子Ｐ４への通過量が改善されていることが分かる。
なお、カーブ３１とカーブ３３との通過量の差、およびカーブ３２とカーブ３４との通過量の差は、マイクロ波分配回路の損失を示している。
【００３７】
この発明の実施の形態２に係る可変帯域通過フィルタによれば、制御手段は、マイクロ波信号の使用周波数が低下または上昇した場合に、入力端子から通過端子への通過量と入力端子から結合端子への結合量との差が、使用周波数において最も小さくなるように接地用可変コンデンサの容量を設定する。また、制御手段は、入力端子から通過端子への通過量と入力端子から結合端子への結合量との差が最も小さくなるように、線路間可変コンデンサの容量を設定する。また、制御手段は、マイクロ波信号の使用周波数を可変帯域阻止フィルタの阻止周波数に設定する。
これにより、マイクロ波分配回路の通過量と結合量とが互いに等しくなる周波数を変化させることができる。
そのため、広い周波数帯域にわたって動作可能で、かつ損失の小さい可変帯域通過フィルタを得ることができる。
【００３８】
なお、上述したマイクロ波分配回路の場合と同様に、結合線路２の結合度が十分に確保されている場合には、線路間可変コンデンサ４を用いないか、または固定容量のコンデンサとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るマイクロ波分配回路を示す回路図である。
【図２】図１に示したマイクロ波分配回路における周波数と、入力端子から通過端子への通過量および入力端子から結合端子への通過量との関係を示すグラフである。
【図３】この発明の実施の形態２に係る可変帯域通過フィルタを示す回路図である。
【図４】図３に示した可変帯域通過フィルタにおける周波数と、可変帯域阻止フィルタの反射特性および可変帯域通過フィルタの入力端子から出力端子への通過量とを示すグラフである。
【図５】図３に示した可変帯域通過フィルタにおいて、マイクロ波分配回路の使用周波数をＦ０に固定した場合の、周波数と入力端子から出力端子への通過量とを示すグラフである。
【図６】従来の帯域通過フィルタを示す回路図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  伝送線路、２  結合線路、３  接地用可変コンデンサ、４  線路間可変コンデンサ、２１、２３  可変帯域阻止フィルタ、２２、２４  終端抵抗、Ｐ１  入力端子、Ｐ２  通過端子、Ｐ３  結合端子、Ｐ４  アイソレーション端子、出力端子。
【図１】
2010124390.tif 000003
【図２】
2010124390.tif 000004
【図３】
2010124390.tif 000005
【図４】
2010124390.tif 000006
【図５】
2010124390.tif 000007
【図６】
2010124390.tif 000008